專利名稱：三電平直流變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種三電平直流電路拓撲，該電路可用于直流開關電源領域。
背景技術：
三電平技術是電カ電子技術的熱門技木。在電カ電子應用中，受到器件電壓定額的影響，電路中不可避免采用器件串聯(lián)的結構形式，為了解決器件串聯(lián)的靜態(tài)、動態(tài)均壓問題必須附加均壓電路。隨著均壓電路的加入以及器件數(shù)量的増加，電路自然具備多種工作模式以及多個輸出電平，通過工作模式的組合得到更好的輸出特性。三電平直流變換器的研究始于1992年，該類型電路廣泛應用于高壓直流變換領域，中國專利200610096757是該類技術之一。目前，含有4個開關器件的三電平直流變換器由于結構簡單而得到了廣泛的應用，但該類電路存在一個問題即其輸出波形仍然是兩電平波形，對于減小輸出濾波器體積 以及輸入電容紋波等方面沒有改善。本發(fā)明提出一種四個開關輸入輸出均是三電平的電路，很好的解決了該問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種結構簡單四個開關輸入輸出均是三電平的新型三電平直流變換器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案三電平直流變換器，其特殊之處在于包括變壓器原邊電路、變壓器副邊電路以及整流濾波單元，所述整流濾波單元的輸入端接變壓器副邊電路的輸出端，其輸出端作為三電平直流變換器的輸出端；所述變壓器原邊電路包括第一輸入電容Cinl、第二輸入電容Cin2、第三輸入電容Cin3、第一自關斷器件S1、第二自關斷器件S2、第三自關斷器件S3、第四自關斷器件S4、隔直電容Cf第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp以及第二變壓器1；2的原邊繞組 ;2ρ ；所述第一輸入電容Cinl的一端與第二輸入電容Cin2的一端聯(lián)接于2節(jié)點,所述第ニ輸入電容Cin2的另一端與第三輸入電容Cin3的一端聯(lián)接于3節(jié)點；第一自關斷器件S1的發(fā)射極、第二自關斷器件S2的集電極以及隔直電容Q的一端聯(lián)接于5節(jié)點；第一自關斷器件S1的集電極與第一輸入電容Cinl的另一端聯(lián)接于I節(jié)點；第二自關斷器件S2的發(fā)射極與第三自關斷器件S3的集電極聯(lián)接于3節(jié)點；所述第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp的同名端與5節(jié)點聯(lián)接，所述第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp的異名端與2節(jié)點聯(lián)接；所述第三自關斷器件S3的發(fā)射極、第四自關斷器件S4的集電極以及第ニ變壓器Trf的原邊繞組Trfp的異名端聯(lián)接于6節(jié)點；第四自關斷器件S4的發(fā)射極與第三輸入電容Cin3的另一端聯(lián)接于4節(jié)點；第二變壓器ん的原邊繞組Trfp的同名端與隔直電容C BL的另一端聯(lián)接于7節(jié)點，所述I節(jié)點和4節(jié)點作為三電平直流變換器的輸入端正極和負極；所述變壓器副邊電路包括第一變壓器副邊繞組Trts和第二變壓器副邊繞組I；2s，
所述整流濾波單元包括第一ニ極管Dtjl、第二ニ極管Dtj2、第三ニ極管Dtj3、第四ニ極管Dtj4、輸出電感Ltjut以及輸出電容Cwt，所述第一變壓器副邊繞組Trts的異名端與第二變壓器副邊繞組I；2s的同名端串聯(lián)，第一變壓器副邊繞組Trts的同名端與第一ニ極管Dtjl的陽極、以及第ニニ極管Dtj2的陰極聯(lián)接于8節(jié)點；第二變壓器副邊繞組I；2s的異名端、第三ニ極管Dtj3的陽極以及第四ニ極管D04的陰極聯(lián)接于9節(jié)點；第一二極管Dtjl的陰極、第三ニ極管Dtj3的陰極以及輸出電感Lwt的一端聯(lián)接于10節(jié)點；輸出電感Lwt的另一端與輸出電容Ctjut的一端聯(lián)接于11節(jié)點；所述第二ニ極管Dtj2的陽極、第四ニ極管Dtj4的陽極以及輸出電容Crat的另一端聯(lián)接于12節(jié)點，所述11節(jié)點和12節(jié)點作為三電平直流變換器的輸出端的正極和負扱。上述第一變壓器Trt的變比是第二變壓器Trf變比的2倍。上述第一自關斷器件S1、第二自關斷器件S2、第三自關斷器件S3和第四自關斷器件S4分別由絕緣柵雙極晶體管和ニ極管構成；所述絕緣柵雙極晶體管的集電極接ニ極管的陰極；所述絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極接ニ極管的陽極；所述絕緣柵雙極晶體管的門極接控制信號控制該器件的導通和關斷。另ー種三電平直流變換器，其特殊之處在于包括變壓器原邊電路、變壓器副邊電路以及整流濾波單元，所述整流濾波單元的輸入端接變壓器副邊電路的輸出端，其輸出端作為三電平直流變換器的輸出端；所述變壓器原邊電路包括第一輸入電容Cinl、第二輸入電容Cin2、第三輸入電容Cin3、第一自關斷器件S1、第二自關斷器件S2、第三自關斷器件S3、第四自關斷器件S4、隔直電容Cf第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp以及第二變壓器1；2的原邊繞組 ;2ρ ；所述第一輸入電容Cinl的一端與第二輸入電容Cin2的一端聯(lián)接于2節(jié)點,所述第ニ輸入電容Cin2的另一端與第三輸入電容Cin3的一端聯(lián)接于3節(jié)點；第一自關斷器件S1的發(fā)射極、第二自關斷器件S2的集電極以及隔直電容Q的一端聯(lián)接于5節(jié)點；第一自關斷器件S1的集電極與第一輸入電容Cinl的另一端聯(lián)接于I節(jié)點；第二自關斷器件S2的發(fā)射極與第三自關斷器件S3的集電極聯(lián)接于3節(jié)點；所述第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp的同名端與5節(jié)點聯(lián)接，所述第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp的異名端與2節(jié)點聯(lián)接；所述第三自關斷器件S3的發(fā)射極、第四自關斷器件S4的集電極以及第ニ變壓器Trf的原邊繞組Trfp的異名端聯(lián)接于6節(jié)點；第四自關斷器件S4的發(fā)射極與第三輸入電容Cin3的另一端聯(lián)接于4節(jié)點；第二變壓器ん的原邊繞組Trfp的同名端與隔直電容Q的另一端聯(lián)接于7節(jié)點，所述I節(jié)點和4節(jié)點作為三電平直流變換器的輸入端正極和負極；所述整流濾波單元包括第五ニ極管Dtj5、第六ニ極管Dtj6、輸出電感Lrat以及輸出電各 Cout，所述變壓器副邊電路包括第一變壓器副邊繞組和第二變壓器副邊繞組，第一變壓器副邊繞組包括第一副邊繞組Trtsl和第二副邊繞組Trts2，所述第二變壓器副邊繞組包括一號副邊繞組Trfsl和二號副邊繞組I；2s2，所述第一副邊繞組Trtsl的異名端與一號副邊繞組Tr2sl的同名端串聯(lián)，所述第二副邊繞組Trts2的異名端與二號副邊繞組Trfs2的同名端串聯(lián)，所述第一副邊繞組Trtsl的同名端與第五ニ極管D05的陽極連接；所述二號副邊繞組I；2s2的異名端與第六ニ極管Dtj6的陽極連接；第五ニ極管Dtj5的陰極和第六ニ極管Dtj6的陰極與輸出電感Ltjut的一端聯(lián)接；輸出電感Ltjut的另一端與輸出電容Cwt的一端聯(lián)接；所述、第二副邊繞組Trts2的同名端以及一號副邊繞組I；2sl的異名端與輸出電容Crat的另一端聯(lián)接；所述輸出電感Lrat的另一端以及輸出電容Crat的另一端作為三電平直流變換器的輸出端的正極和負扱。上述第一變壓器Trt的變比是第二變壓器Trf變比的2倍。上述第一自關斷器件S1、第二自關斷器件S2、第三自關斷器件S3和第四自關斷器件S4分別由絕緣柵雙極晶體管和ニ極管構成；所述絕緣柵雙極晶體管的集電極接ニ極管的 陰極；所述絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極接ニ極管的陽極；所述絕緣柵雙極晶體管的門極接控制信號控制該器件的導通和關斷。本發(fā)明所具有的優(yōu)點I)結構簡單，采用4開關、兩個高頻變壓器構造輸入輸出三電平；2 )器件承受電壓應力低，每個開關器件承受Uin/2的電壓應力，適用于高壓直流變換；3)控制簡單，采用成熟的移相控制方式，具有很強的實用性；4)輸出波形為三電平，可大大降低輸出波形中的諧波含量，在相同的濾波器條件下，可大大降低開關頻率，提高電路效率。該電路可廣泛應用于直流開關電源領域。


圖I是本發(fā)明實施例I的電路結構圖。圖2是本發(fā)明實施例2的電路結構圖。圖3是實施例I中變壓器副邊工作在Uin/k模式下導通原理圖。圖4是實施例I中變壓器副邊工作在Uin/2k模式下導通原理圖。圖5是實施例I中變壓器副邊工作在_Uin/k模式下導通原理圖。圖6是實施例I中變壓器副邊工作在_Uin/2k模式下導通原理圖。圖7是本發(fā)明三電平直流變換器輸出波形原理示意圖。圖8是采用實施例I中三電平直流變換器的開關電源的具體電路結構圖。
具體實施例方式下面根據實施例詳細說明本發(fā)明的結構和工作原理。實施例I本實施例是采用新型三電平直流變換器的開關電源。參見圖8，三相交流電源經過ニ極管整流電路Dinl-Din6變成直流，直流側正極經過電感Lin與所述電路的I端聯(lián)接；直流側的負極與所述電路的4端相連；圖中變壓器Trt、I；2為高頻變壓器。經過控制C磯兩端電壓可控制為Uin/2，其主要工作狀態(tài)簡述如下參見圖3，開關S1A4導通，變壓器Trt原邊繞組兩端承受的電壓為Uin/4 ;變壓器T2原邊繞組兩端承受的電壓為Uin/2 ;變壓器副邊串聯(lián)輸出UinZk電平；參見圖4，開關S1. S3的反并聯(lián)ニ極管D3導通，變壓器Trt原邊繞組兩端承受的電壓為Uin/4 ;變壓器Tr2原邊繞組兩端承受的電壓為O ;變壓器副邊串聯(lián)輸出Uin/2k電平；
參見圖7，為本發(fā)明變壓器副邊輸出波形。實施例2本實施例與實施例I的區(qū)別是變壓器副邊電路及整流濾波單元的電路結構不同。參見圖5，開關S2、S3導通，變壓器Trt原邊繞組兩端承受的電壓為_Uin/4 ;變壓器Tr2原邊繞組兩端承受的電壓為_Uin/2 ;變壓器副邊串聯(lián)輸出_Uin/k電平；
參見圖6，開關S2、S4的反并聯(lián)ニ極管D4導通，變壓器Trt原邊繞組兩端承受的電壓為_Uin/4 ;變壓器1；2原邊繞組兩端承受的電壓為O ;變壓器副邊串聯(lián)輸出_Uin/2k電平。
權利要求
1.三電平直流變換器，其特征在于包括變壓器原邊電路、變壓器副邊電路以及整流濾波單元，所述整流濾波單元的輸入端接變壓器副邊電路的輸出端，其輸出端作為三電平直流變換器的輸出端； 所述變壓器原邊電路包括第一輸入電容Cinl、第二輸入電容Cin2、第三輸入電容Cin3、第一自關斷器件S1、第二自關斷器件S2、第三自關斷器件S3、第四自關斷器件S4、隔直電容Cf第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp以及第二變壓器Te的原邊繞組Trfp ； 所述第一輸入電容Cinl的一端與第二輸入電容Cin2的一端聯(lián)接于2節(jié)點,所述第二輸入電容Cin2的另一端與第三輸入電容Cin3的一端聯(lián)接于3節(jié)點；第一自關斷器件S1的發(fā)射極、第二自關斷器件S2的集電極以及隔直電容C BL的一端聯(lián)接于5節(jié)點；第一自關斷器件S1的集電極與第一輸入電容Cinl的另一端聯(lián)接于I節(jié)點；第二自關斷器件S2的發(fā)射極與第三自關斷器件S3的集電極聯(lián)接于3節(jié)點；所述第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp的同名端與5節(jié)點聯(lián)接，所述第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp的異名端與2節(jié)點聯(lián)接；所述第三自關斷器件S3的發(fā)射極、第四自關斷器件S4的集電極以及第二變壓器1；2的原邊繞組Trfp的異名端聯(lián)接于6節(jié)點；第四自關斷器件S4的發(fā)射極與第三輸入電容Cin3的另一端聯(lián)接于4節(jié)點；第二變壓器L2的原邊繞組Trfp的同名端與隔直電容C BL的另一端聯(lián)接于7節(jié)點， 所述I節(jié)點和4節(jié)點作為三電平直流變換器的輸入端正極和負極； 所述變壓器副邊電路包括第一變壓器副邊繞組Trts和第二變壓器副邊繞組Trfs，所述整流濾波單元包括第一二極管Dtjl、第二二極管Dtj2、第三二極管Dtj3、第四二極管Dtj4、輸出電感Ltjut以及輸出電容Ctjut, 所述第一變壓器副邊繞組Trts的異名端與第二變壓器副邊繞組Trfs的同名端串聯(lián)，第一變壓器副邊繞組Trts的同名端與第一二極管Dtjl的陽極、以及第二二極管Dtj2的陰極聯(lián)接于8節(jié)點；第二變壓器副邊繞組Trfs的異名端、第三二極管Dtj3的陽極以及第四二極管Dtj4的陰極聯(lián)接于9節(jié)點；第一二極管Dtjl的陰極、第三二極管Dtj3的陰極以及輸出電感Lwt的一端聯(lián)接于10節(jié)點；輸出電感Lwt的另一端與輸出電容Ctjut的一端聯(lián)接于11節(jié)點；所述第二二極管Dtj2的陽極、第四二極管Dtj4的陽極以及輸出電容Crat的另一端聯(lián)接于12節(jié)點，所述11節(jié)點和12節(jié)點作為三電平直流變換器的輸出端的正極和負極。
2.根據權利要求I所述的三電平直流變換器，其特征在于所述第一變壓器Trt的變比是第二變壓器L2變比的2倍。
3.根據權利要求I或2所述的三電平直流變換器，其特征在于所述第一自關斷器件S1、第二自關斷器件S2、第三自關斷器件S3和第四自關斷器件S4分別由絕緣柵雙極晶體管和二極管構成；所述絕緣柵雙極晶體管的集電極接二極管的陰極；所述絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極接二極管的陽極；所述絕緣柵雙極晶體管的門極接控制信號控制該器件的導通和關斷。
4.三電平直流變換器，其特征在于 包括變壓器原邊電路、變壓器副邊電路以及整流濾波單元，所述整流濾波單元的輸入端接變壓器副邊電路的輸出端，其輸出端作為三電平直流變換器的輸出端； 所述變壓器原邊電路包括第一輸入電容Cinl、第二輸入電容Cin2、第三輸入電容Cin3、第一自關斷器件S1、第二自關斷器件S2、第三自關斷器件S3、第四自關斷器件S4、隔直電容Cf第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp以及第二變壓器Te的原邊繞組Trfp ；所述第一輸入電容Cinl的一端與第二輸入電容Cin2的一端聯(lián)接于2節(jié)點,所述第二輸入電容Cin2的另一端與第三輸入電容Cin3的一端聯(lián)接于3節(jié)點；第一自關斷器件S1的發(fā)射極、第二自關斷器件S2的集電極以及隔直電容的一端聯(lián)接于5節(jié)點；第一自關斷器件S1的集電極與第一輸入電容Cinl的另一端聯(lián)接于I節(jié)點；第二自關斷器件S2的發(fā)射極與第三自關斷器件S3的集電極聯(lián)接于3節(jié)點；所述第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp的同名端與5節(jié)點聯(lián)接，所述第一變壓器Trt的原邊繞組Trtp的異名端與2節(jié)點聯(lián)接；所述第三自關斷器件S3的發(fā)射極、第四自關斷器件S4的集電極以及第二變壓器1；2的原邊繞組Trfp的異名端聯(lián)接于6節(jié)點；第四自關斷器件S4的發(fā)射極與第三輸入電容Cin3的另 一端聯(lián)接于4節(jié)點；第二變壓器L2的原邊繞組Trfp的同名端與隔直電容的另一端聯(lián)接于7節(jié)點， 所述I節(jié)點和4節(jié)點作為三電平直流變換器的輸入端正極和負極； 所述整流濾波單元包括第五二極管Dtj5、第六二極管Dtj6、輸出電感Lrat以及輸出電容C0Utj 所述變壓器副邊電路包括第一變壓器副邊繞組和第二變壓器副邊繞組，第一變壓器副邊繞組包括第一副邊繞組Trtsl和第二副邊繞組Trts2，所述第二變壓器副邊繞組包括一號副邊繞組I；2sl和二號副邊繞組I；2s2，所述第一副邊繞組Trtsl的異名端與一號副邊繞組Trfsl的同名端串聯(lián)，所述第二副邊繞組Trts2的異名端與二號副邊繞組Trfs2的同名端串聯(lián)， 所述第一副邊繞組Trtsl的同名端與第五二極管Dtj5的陽極連接；所述二號副邊繞組I；2s2的異名端與第六二極管D06的陽極連接；第五二極管Dtj5的陰極和第六二極管Dtj6的陰極與輸出電感Lrat的一端聯(lián)接；輸出電感Lrat的另一端與輸出電容Ctjut的一端聯(lián)接；所述第二副邊繞組Trts2的同名端以及一號副邊繞組Trfsl的異名端與輸出電容Crat的另一端聯(lián)接； 所述輸出電感Ltjut的另一端以及輸出電容Crat的另一端作為三電平直流變換器的輸出端的正極和負極。
5.根據權利要求4所述的三電平直流變換器，其特征在于所述第一變壓器Trt的變比是第二變壓器L2變比的2倍。
6.根據權利要求4或5所述的三電平直流變換器，其特征在于所述第一自關斷器件S1、第二自關斷器件S2、第三自關斷器件S3和第四自關斷器件S4分別由絕緣柵雙極晶體管和二極管構成；所述絕緣柵雙極晶體管的集電極接二極管的陰極；所述絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極接二極管的陽極；所述絕緣柵雙極晶體管的門極接控制信號控制該器件的導通和關斷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三電平直流變換器，包括變壓器原邊電路、變壓器副邊電路以及整流濾波單元，整流濾波單元的輸入端接變壓器副邊電路的輸出端，其輸出端作為三電平直流變換器的輸出端，變壓器原邊電路包括第一輸入電容Cin1、第二輸入電容Cin2、第三輸入電容Cin3、第一自關斷器件S1、第二自關斷器件S2、第三自關斷器件S3、第四自關斷器件S4、隔直電容CBL、第一變壓器Tr1的原邊繞組Tr1p以及第二變壓器Tr2的原邊繞組Tr2p。本發(fā)明輸出波形為三電平，可大大降低輸出波形中的諧波含量，在相同的濾波器條件下，可大大降低開關頻率，提高電路效率。該電路可廣泛應用于直流開關電源領域。
文檔編號H02M3/335GK102684504SQ20121016899
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權日2012年5月28日
發(fā)明者石勇 申請人:西安愛科賽博電氣股份有限公司